基于有限元模型深海潜航器观察窗受力分析

大深度载人潜航器观察窗作为驾驶员观察周围环境的窗口,其受力情况复杂,直接影响整机的安全性,针对其受力情况进行分析.在传统理论分析方法的基础上,提出适用于锥台形观察窗位移、应力分析的方法,建立相应的位移和应力的理论分析模型,对2种边界条件下的位移和应力进行分析;利用有限元分析软件,对比理论计算和有限元分析结果,分析无网格和有网格2种方法的差异与优劣;建立观察窗位移试验台,对主、侧观察窗的轴向位移开展试验研究,并对试验结果进行分析拟合,最后将试验拟合结果与理论计算和有限元分析结果进行对比.对观察窗的Fatigue Life进行分析,分析的疲劳寿命结果代入Miner理论公式中,计算大观察窗和小观察窗的疲劳损伤情况.结果表明:理论计算结果可以较好地反应观察窗上的位移分布,有限元分析结果偏大;主观察窗的使用寿命为26432 Circle,侧观察窗的使用寿命为21359 Circle.     

载人深潜器观察窗的力学性能

载人球是深海载人潜水器最为关键的部件.在设计过程中,要准确了解观察窗在使用工况下的蠕变变形过程和强度变化过程,据此开展窗座设计.否则可能出现观察窗挤出窗座或者在蠕变过程中变形不协调使得密封失效,或者载人球整体抗压能力的降低.文章通过计算分析和试验两种手段,对深海观察窗的强度、蠕变、边界条件的影响进行了研究.观察窗与窗座之间的相对位移,文中认为由两部分构成:一部分是观察窗玻璃随时间的蠕变变形,另一部分为观察窗与窗座在海水压力作用下发生的挤压变形.文中采用有限元方法进行接触分析,了解在不同边界摩擦系数下,观察窗因海水压力产生的挤压变形.从加工出来的观察窗产品中,任意抽取了两套侧观察窗和两套主观察窗进行试验研究.对理论计算与试验结果进行了对比分析,相关结果可供工程设计参考.     

全海深载人潜水器厚观察窗结构的强度研究

全海深载人潜水器是当前海洋技术领域最有挑战性的深海装备之一,而锥台型观察窗的设计是全海深载人潜水器的技术难点。为了研究锥台型观察窗的结构参数和倒角对于应力和位移的影响,首先利用ABAQUS对文献记述的试验进行仿真,验证有限元模型的可靠性。然后建立带有两种边界条件的有限元模型,对比分析位移和应力的差异。最后研究锥角α、厚度直径比t/Di、摩擦系数μ和倒角对锥台型观察窗的位移和应力的影响。数值分析结果表明:有限元仿真数据比文献试验数据稍大,偏保守;自由边界时的轴向位移比固定边界时的大,更符合实际工程应用;3个设计参数与应力和位移均成反比,给出了锥角和厚度直径比的合理优化区间;在锥台型观察窗内侧面边缘处建立倒角有利于减小应力集中。     

修正的深潜器观察窗应力分析方法

开口结构的设计是大深度潜水器研制过程中的关键技术之一。国内现行的深潜器观察窗应力分析方法是在假设观察窗受力均匀的基础上推导出的,但这种假设与观察窗实际的受载情况存在偏差。因此文章在此基础上,根据相关试验数据及有限元仿真结果,对此计算方法进行修正,得到较为接近真实情况的计算方法。     

双轴加载下船底纵骨疲劳寿命试验与数值模拟研究

以实尺度制作了疲劳试验的试件,对45000DWT江海直达散货船船底纵骨与水密及非水密实肋板连接处进行了双轴恒幅循环载荷下的疲劳试验,记录了热点处的疲劳裂纹扩展长度和对应循环次数,获得船底纵骨疲劳特性;根据不同节点处裂纹萌生和扩展情况,得出非水密节点处是疲劳危险处;用动态应变仪记录热点处的应变,根据新版《船体结构疲劳强度指南》中的热点应力法计算热点应力,用试验数据拟合了一条S-N曲线,与指南提供的D曲线进行了对比分析,验证了D曲线的合理性。同时用MSC.Patran软件建立有限元模型,选取2007版《船体结构疲劳强度指南》中名义应力法对应结构形式的F曲线,用MSC.fatigue模块计算了相应节点的总疲劳寿命,将有限元结果和试验结果进行对比,验证了热点应力法的准确性。     

锥面边界球冠有机玻璃观察窗应力及试验

依据有机玻璃窗设计手册对锥面边界球冠有机玻璃观察窗进行初步设计。结合该类型有机玻璃观察窗的几何形式和受力情况给出其结构应力理论计算公式,并据此进行观察窗的优化设计。对设计的观察窗建造实尺度样机进行压力筒测试,监控实时应变和极限载荷,对结构应力和极限载荷理论计算值进行验证。     

基于FEM-BEM法考虑弹振效应的超大型船舶结构疲劳损伤分析

为了研究超大型船舶波激振动响应及其对结构疲劳损伤的影响,提出综合有限元-边界元(FEM-BEM)法和考虑船体弹振效应的谱分析法对超大型船舶结构疲劳损伤进行分析。首先,基于三维有限元模态分析法获取各阶振动的位移及应力振型和主质量等,作为三维频域水弹性理论预报的输入参数;然后,将水弹性理论预报所得的主坐标与三维有限元分析所得的应力振型结合并叠加,得到结构应力响应函数;最后,基于谱分析法,计算波浪载荷与弹振载荷对结构疲劳累积损伤的贡献度。研究表明,与传统梁理论和准静态有限元法相比,论文提出的方法可更合理地计算大型船舶的高频弹振响应及其对结构疲劳损伤的影响。     

三体船型疲劳强度评估和分析

参照相关规范,对三体船结构的典型节点进行疲劳强度分析。通过波浪载荷计算和试验结果分析了三体船的载荷特征。通过粗网格下的全船有限元应力计算确定了疲劳热点部位。对这些部位采用精细网格进行了基于谱分析的热点应力计算,从而给出了热点部位的累积损伤。最后总结了三体船的疲劳特性。     

深海耐压结构观察窗蠕变变形分析

大深度耐压开口结构的设计问题是深海探测装备研制过程中的关键技术问题之一.作者曾针对深海耐压开口结构的受力变形、蠕变以及耐压壳体变形协调等问题进行了计算分析和试验研究,并给出了观察窗应力的理论计算方法.文中进一步从理论上给出观察窗变形分析的计算方法和观察窗蠕变变形的计算公式.由此可对深海耐压开口壳体接触界面变形协调与水密技术进行理论方面的探索研究,为形成深海耐压开口结构优化设计的理论计算方法及相关技术标准的制定提供理论方面的支撑.     

基于有限元方法的减摇鳍摇臂的疲劳研究

介绍了减摇鳍执行机构的工作原理,研究了其运动形式及受力状况。采用有限元方法对某种型号减摇鳍摇臂进行了强度计算,分析了其应力分布情况,应用名义应力法获得了该摇臂的疲劳寿命。基于有限元计算结果对摇臂结构进行优化,优化后的摇臂应力集中现象减少,疲劳寿命显著提高。